A célula nervosa - Apostilas - Biologia Molecular_Parte2, Notas de estudo de Biologia Celular e Molecular. Centro Universitario Nove de Julho (UNINOVE)
Jose92
Jose9214 de Março de 2013

A célula nervosa - Apostilas - Biologia Molecular_Parte2, Notas de estudo de Biologia Celular e Molecular. Centro Universitario Nove de Julho (UNINOVE)

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Apostilas de Biologia Molecular sobre o estudo da célula nervosa, transmissão estimulo, a sinapse, acetilcolina.
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Aula_10.indd

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Biologia Celular II | A célula nervosa

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Figura 10.7: (a) As células de Schwann se enrolam, formando a bainha de mielina em torno do axônio, o que

confere isolamento elétrico a essa membrana. (b) Microscopia eletrônica de transmissão da bainha de mielina,

formando uma espécie de rocambole em torno do axônio (foto: Atlas digital da UERJ).

Tão ou mais importante que o isolamento elétrico proporcionado

pela bainha de mielina é a rapidez que sua presença confere à transmissão

ao longo do axônio. O processo de mielinização só se completa cerca

de dois anos após o nascimento e é essencial para que o indivíduo se

desenvolva plenamente, tanto em termos de inteligência quanto de

coordenação motora. A importância da bainha de mielina pode ser

bem avaliada pela devastação provocada pela esclerose múltipla, doença

degenerativa na qual ocorre a destruição das células de Schwann.

A TRANSMISSÃO DO ESTÍMULO PARA A CÉLULA EFETORA: QUÍMICA OU ELÉTRICA?

No início desta Aula, chamamos a atenção para o fato de que os

neurônios são células especializadas em receber, conduzir e transmitir

estímulos entre células. A região de contato funcional entre um neurônio

e a célula seguinte é chamada sinapse. Repare que usamos o termo contato

funcional porque nem sempre há um contato físico entre a membrana

do neurônio e a membrana da célula efetora.

Essa transmissão pode ser feita através de junções Gap, estudadas

na Aula 6, havendo, portanto, contato entre as conexinas das duas células.

Nesse caso, os íons que provocam a despolarização da membrana passam

diretamente do citoplasma de uma célula para a célula vizinha. São

chamadas sinapses elétricas e ocorrem apenas entre neurônios localizados

no sistema nervoso central. A transmissão do estímulo nervoso é bem

mais rápida nas sinapses desse tipo do que nas sinapses químicas, onde

há a participação de um neurotransmissor (Figura 10.8).

Bainha de mielina

Camadas Nódulos de Ranvier

Axônio

Núcleo da célula

de Schwann

1mm

1mm

a b

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Figura 10.8: (a) Nas sinapses elétricas, o sinal elétrico passa diretamente do citoplasma de um neurônio para

o vizinho por junções comunicantes. (b) Nas sinapses químicas, o estímulo elétrico trafega ao longo do axônio

(seta longa), um neurotransmissor é exocitado na extremidade (seta espessa) e a célula seguinte o recebe através

de receptores de superfície específicos.

TRANSMISSÃO SINÁPTICA QUÍMICA

De todos os sistemas de neurotransmissão química, o mais

conhecido é o modelo da transmissão neuromuscular. Isso se deve

principalmente ao fato de ser o tipo de sinapse mais comum e mais

acessível, por se localizar fora do sistema nervoso central, permitindo

assim a montagem de experimentos eletrofisiológicos. Do ponto de vista

bioquímico, ajudou bastante a descoberta de que os peixes elétricos

(veja o boxe) são capazes de gerar descargas elétricas usando o mesmo

neurotransmissor encontrado nas células musculares esqueléticas dos

mamíferos: a acetilcolina. Isso permitiu a purificação e o isolamento do

receptor de acetilcolina a partir dos órgãos elétricos desses peixes.

VOCÊ SABIA?

Que o peixe elétrico da Amazônia, ou poraquê, pode chegar a medir 1,5m e pode

gerar descargas elétricas de 200 volts? Essa corrente pode matar uma criança e provocar

o desmaio de um adulto. O nome científico do poraquê é Electrophorus electricus e ele

também é conhecido como enguia elétrica. 2/3 do comprimento de seu corpo são ocupados

por um tipo específico de tecido, os órgãos elétricos. Sendo quase cego, o poraquê

emite descargas elétricas de baixa intensidade para sondar o ambiente e, para ataque

ou defesa, descargas mais intensas.

• Que, além do poraquê, o Torpedo marmorata, uma espécie de raia de água salgada,

também é muito utilizada em estudos da transmissão sináptica colinérgica?

• Que o curare, usado pelos índios para envenenar flechas, é uma molécula que se liga

ao receptor de acetilcolina na membrana das células musculares? Sob seu efeito, a musculatura

se relaxa, isto é, o animal fica paralisado e pode ser facilmente capturado.

a b

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A SINAPSE COLINÉRGICA

A contração voluntária dos músculos esqueléticos resulta da exocitose

de acetilcolina nos terminais nervosos dos neurônios motores, da sua rápida

difusão pelo espaço entre estes e a membrana da célula muscular e de seu

reconhecimento pelos receptores localizados na membrana das células

musculares (Figura 10.9).

Figura 10.9: Na sinapse química, um neurotransmissor é exocitado na fenda sináptica, sendo reconhecido

por um receptor na membrana pós-sináptica.

A primeira pergunta que nos fazemos é: como um estímulo

elétrico que vinha percorrendo a membrana é convertido na exocitose

de acetilcolina?

A acetilcolina é uma molécula sintetizada no retículo endoplasmático

do neurônio, percorre o complexo de Golgi e, como muitas moléculas a

serem secretadas, fica armazenada em vesículas de secreção, nesse caso

chamadas vesículas sinápticas. A secreção das vesículas sinápticas é um típico

processo de secreção regulada (recorde a Aula 25 de Biologia Celular I).

Do corpo celular do neurônio, onde ficam o retículo endoplasmático

e o complexo de Golgi, as vesículas são transportadas para o terminal

sináptico por proteínas motoras que as fazem deslizar ao longo

de microtúbulos. Tendo em vista o comprimento dos axônios dos

neurônios motores, esse transporte axonal pode levar vários dias. As

vesículas ficam armazenadas no terminal sináptico, que, por ser mais

dilatado que o axônio, também é chamado botão sináptico, até que

a onda de despolarização chegue lá (observe a Figura 10.9).

Axônio

Vesícula sináptica

Fenda sináptica

Receptor

Célula muscular

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O que provoca a exocitose do neurotransmissor é a existência,

apenas na membrana do botão sináptico, de canais de Ca++ ativados

por voltagem. Assim, quando a onda de despolarização chega lá,

esses canais se abrem e a entrada de cálcio desencadeia a exocitose

simultânea de muitas vesículas cheias de acetilcolina na fenda sináptica

(Figuras 10.9 e 10.10).

Figura 10.10: A exocitose de acetilcolina depende da entrada de Ca++ através de canais ativados por voltagem

no terminal sináptico.

O QUE SERÁ QUE A PRESENÇA DE CÁLCIO PROVOCA NO CITOSSOL?

Como estudado na Aula 25 de Biologia Celular I, a fusão de

vesículas de exocitose na membrana plasmática depende de proteínas

específicas, as SNARES, existentes tanto na membrana das vesículas

quanto na membrana do terminal. No botão sináptico, as SNAREs

complementares da vesícula e da membrana plasmática só se aproximam

e interagem – provocando a exocitose – depois que os íons Ca++ se ligam

a uma proteína da vesícula sináptica, a sinaptotagmina (Figura 10.11).

A ligação de cálcio faz com que ela estimule a interação de sinaptobrevina

e sintaxina (v- e t-SNARE, respectivamente), além de mudar de

conformação inserindo-se diretamente na membrana plasmática, onde

terá um papel importante na própria fusão das bicamadas lipídicas da

vesícula e da membrana, necessária para que o conteúdo da vesícula seja

descarregado na fenda sináptica. Assim, a sinaptotagmina é considerada

um sensor de cálcio, isto é, uma molécula que detecta aumento na

concentração de cálcio e, a partir dessa detecção, desencadeia mecanismos

em que ela própria participa.

Canal de Ca++

ativado por voltagem Entrada de Ca++

Acetilcolina

Despolarização da membrana

Neutransmissor

Axônio

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Figura 10.11: Mecanismo de exocitose de uma vesícula sináptica mediado por sinaptotagmina, sensível ao

aumento de cálcio, a v-SNARE sinaptobrevina e a t-SNARE sintaxina (esquema adaptado de Tucker & Chapman,

Biochemical Journal 366: 1-13, 2002).

VOCÊ SABIA

• Que a sinaptotagmina é o alvo da toxina botulínica? Ao se ligar à sinaptotagmina,

ela impede a exocitose das vesículas sinápticas, paralisando o músculo inervado por

aquele terminal. Isso pode ser fatal em grandes quantidades, se estivermos tratando do

diafragma, cuja paralisia leva à morte por asfixia, como no botulismo; mas também pode

ser bom! Como? Com pequenas quantidades da toxina injetadas em locais estratégicos,

com fins terapêuticos, no tratamento do excesso de suor nas axilas e nas mãos, ou com

finalidade estética, amenizando rugas de expressão. Isso mesmo, estamos falando do

famoso botox!

sinaptobrevina

Sinaptotagmina Citoplasma

Membrana plasmática

Sintaxina

Ca++

Vesícula

Membrana plasmática

Vesícula

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PARA ONDE VAI A ACETILCOLINA DEPOIS DE EXOCITADA?

Depois de liberado na fenda sináptica, o neurotransmissor liga-

se ao seu receptor. No caso, o receptor é um canal ativado por ligante,

a acetilcolina. Ao abrir-se o canal, a afinidade do receptor pela acetilcolina

diminui e ela se desliga, sendo rapidamente hidrolisada por uma enzima

específica, a acetilcolinesterase, em acetato e colina. A acetilcolinesterase

também hidrolisa todo excesso de acetilcolina que possa estar presente

na fenda sináptica, de modo que os receptores no músculo não fiquem

sendo estimulados sem que haja outro impulso nervoso (já pensou se

você mandasse o músculo da sua perna contrair uma vez e ele ficasse

contraindo várias vezes até acabar o excesso de acetilcolina na fenda?!).

Os produtos de hidrólise voltam para o citoplasma do botão sináptico

e os componentes da membrana da vesícula sináptica (SNAREs inclusive)

são endocitados em vesículas recobertas por clatrina (coated vesicles,

reveja Aula 20 de Biologia Celular I).

Esse mecanismo é duplamente interessante, primeiro porque

impede que o terminal sináptico aumente demasiadamente sua área pela

contínua fusão de vesículas; e também porque o acetato e a colina podem

ser reciclados, no próprio terminal, por uma enzima específica que os

reúne novamente, dando origem à acetilcolina. Novas vesículas sinápticas

se formam a partir do endossoma inicial, em que seus componentes de

membrana tinham sido incorporados pelas coated vesicles, e são em

seguida preenchidas com a acetilcolina recém-formada a partir de colina

e acetato (Figura 10.12), ficando prontas para nova exocitose quando

outro impulso nervoso aumentar a concentração de cálcio.

Achou difícil? Que nada! Difícil seria se nossos neurônios motores

tivessem de esperar novas vesículas sinápticas virem láááá do corpo

celular, que pode estar a mais de um metro de distância! Talvez você

tivesse de esperar algumas horas para mexer de novo o dedão do pé!

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O RECEPTOR DE ACETILCOLINA

Repetindo: moléculas de acetilcolina são liberadas pelo neurônio

motor e se ligam a receptores específicos existentes na membrana da

célula muscular. O receptor para acetilcolina é uma proteína integral

da membrana do tipo canal (Figura 10.13). Quando duas moléculas de

acetilcolina se ligam a esse receptor, o canal se abre, deixando entrar íons

sódio e desencadeando a abertura de outros canais (estes ativados por

voltagem) que propagam o impulso por toda a membrana. Dessa maneira,

a membrana da célula muscular é excitada, mas, diferente do neurônio,

a resposta da célula muscular é a contração de filamentos de actina de seu

citoesqueleto. Esse movimento envolve também a participação da proteína

motora miosina e de outras, que você vai conhecer na Aula 11.

Figura 10.13: O receptor de acetilcolina é um canal ativado por ligante composto por cinco subunidades protéicas trans-

membrana. As duas subunidades alfa contêm o sítio de ligação para acetilcolina. À direita, uma visão em corte do canal.

Podem passar cátions pequenos o bastante para não ficarem retidos pelas cargas negativas do interior do canal.

Sítio de ligação

da acetilcolina

Bicamada lipídica

Canal

Passagem

4nm

γ σ α

β

Figura 10.12: As vesículas de acetilcolina se originam primariamente no corpo celular, trafegam pelo axônio (1) e

são exocitadas no terminal sináptico. No terminal também ocorre a endocitose dos componentes da membrana

da vesícula (2), que se incorporam ao endossoma inicial. Do endossoma brotarão novas vesículas (3) que serão

preenchidas com acetilcolina (4) formada a partir de acetato e colina recuperados da fenda sináptica. As vesículas

sinápticas estão agora prontas para nova secreção (5).

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1 0R E S U M O

• O neurônio motor é uma célula excitável especializada na recepção, condução

e propagação de estímulos a uma célula muscular. A membrana dessa célula

é mantida polarizada pela atividade da bomba de Na+/K+ e se despolariza pela

abertura seqüenciada de canais de Na+ e K+ ativados por ligantes.

• A bainha de mielina acelera a velocidade de condução do estímulo.

• Vesículas sinápticas armazenadas na extremidade do axônio são exocitadas em

conseqüência da abertura de canais de cálcio existentes na membrana desses

terminais.

• A acetilcolina liga-se a receptores existentes na membrana pós-sináptica

(membrana da célula muscular). Esses receptores são canais ativados por ligantes

e se abrem, causando a excitação dessa célula.

• A acetilcolinesterase é uma enzima existente na fenda sináptica que hidrolisa

a acetilcolina em acetato e colina.

• Esses produtos de hidrólise são recuperados pelo terminal sináptico e reciclados,

dando origem a novas moléculas de acetilcolina.

EXERCÍCIOS

1. O que são neurônios?

2. Que particularidades possui o citoesqueleto do neurônio?

3. O que são sinapses? Como se classificam?

4. O que é a polaridade da membrana?

5. O que garante que o estímulo seja propagado?

6. Como a membrana volta ao estado de repouso?

7. Qual o papel do cálcio na transmissão sináptica?

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